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實(shí)現(xiàn)各向異性強(qiáng)度:下一代等離子噴嘴有望改變FDM/FFF 3D打印 

2023-08-04 11:29
獨(dú)特的等離子噴嘴有望徹底改變FDM/FFF 3D打印。
實(shí)現(xiàn)各向異性強(qiáng)度:下一代等離子噴嘴有望改變FDMFFF 3D打印 (2).jpg

熔融沉積成型(FDM), 通常也稱為熔絲制造(FFF)- 是一種廣泛使用的3D打印技術(shù),其中加熱線材并通過噴嘴擠出。以這種方式熔化的材料被分層沉積在平臺(tái)上,從而形成所需的部件。然而,這一成型方式有個(gè)明顯的缺陷,那就是沿著Z軸方向的強(qiáng)度會(huì)明顯降低。這是因?yàn)樾碌娜刍瘜颖惶砑拥较旅嬉呀?jīng)冷卻的層上,盡管兩層相互粘附,但它們不會(huì)在原子水平上結(jié)合形成整體。

如今這一難題有了新的解決方法,通過新型陶瓷噴嘴將等離子與FDM打印相結(jié)合,在打印過程中,對(duì)各個(gè)層進(jìn)行等離子處理可以實(shí)現(xiàn)更好的粘合性能、表面消毒和導(dǎo)電層的形成。

據(jù)資源庫了解,希爾根伯格陶瓷公司與德國知名研究所合作,通過3年的努力創(chuàng)造了這種不同尋常的陶瓷噴嘴,由高純度氧化鋁(Al2O3)材料制成,由Hilgenberg Ceramics使用陶瓷3D打印技術(shù)制造。

他們意識(shí)到等離子體的應(yīng)用可以增加層的粘附力。顯然,這種方法已在其他工業(yè)應(yīng)用(例如包裝)中普遍使用了數(shù)十年。然而,此前從未將其應(yīng)用于3D打印。

它是如何工作的?其實(shí)很簡(jiǎn)單。
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工具頭上附有一個(gè)專門設(shè)計(jì)的等離子噴嘴,與FDM噴嘴平行安裝,該噴嘴能夠產(chǎn)生小的等離子流。噴嘴幾何形狀的設(shè)計(jì)使得陶瓷充當(dāng)電介質(zhì)。噴嘴的外側(cè)涂有銅,從而形成外電極。第二個(gè)電極插入噴嘴內(nèi)部,兩個(gè)電極之間產(chǎn)生高頻高壓電場(chǎng)。通過的空氣變成等離子射流,從噴嘴流出到沉積的聚合物上。

當(dāng)一層完成后,工具頭掃過前一層,用等離子體對(duì)其進(jìn)行處理。這會(huì)“激活”沉積層中的分子,使其更具粘合性。最終這使得各層的粘合更加恰當(dāng),從而可以生產(chǎn)各向異性部件。

為了便于集成到現(xiàn)有的FDM系統(tǒng)中,研究人員必須將噴嘴做得非常小,噴嘴的尺寸僅為40x20x10毫米,相當(dāng)微小。噴嘴也主要由陶瓷Al2O3制成,這是因?yàn)樗芰蠂娮烊菀追e聚石墨沉積物,并失去其介電性能。此外,有趣的是這種復(fù)雜的內(nèi)部輪廓只能通過增材制造,因此最適合陶瓷3D打印。

上述噴嘴目前正在申請(qǐng)專利,相信將最終實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。這種方法的成本并不會(huì)太高,有可能被包含在未來的桌面FDM/FFF 3D打印機(jī)中,使其功能更加強(qiáng)大。
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